建筑结构抗震设计.ppt

1,.场地、地基和基础,· 本章要点 掌握：建筑地段选择的原则；场地类别的划分； 天然地基及基础抗震验算的一般原则；液 化的含义；抗液化的措施 理解：场地的基本概念；液化的判别；可液化地基 和软土地基的抗震措施 了解：建筑地段的划分；场地引起的震害；液化 的危害,2,.场地,.建筑地段的选择 （）建筑地段的划分 工程地质条件对地震破坏的影响很大。 常有地震烈度异常现象，即“重灾区里有轻灾，轻灾区里由重灾” 产生的原因是局部地区的工程地质条件不同。 建筑地段的划分：,3,.场地,（）地段的选择 选择有利地段； 避开不利地段，当无法避开时，应采取适当的抗震措施； 不在危险地段建设。 .场地土及场地覆盖层厚度 （）场地土：场地范围内的地基土。 在同一地震和同一震中距离时，软弱地基与坚硬地基相比，软弱地基地面的自振周期长，振幅大，振动持续时间长，震害也重。 一般地，软弱地基对建筑物有增长周期、改变振型和增大阻尼的作用。 场地的地震效应： 场地土对于从基岩传来的地震波具有防大作用。 坚硬土层上的刚性建筑、软弱土上的柔性建筑破坏严重。 场地土的类型：,4,.场地,（）场地覆盖层厚度 一般来讲，震害随覆盖层厚度的增加而加重。,5,.场地,场地覆盖层厚度的确定： 一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面； 当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速2.5倍 的下卧土层，且下卧土层的剪切波速不小于400m/s时， 可按地面至该下卧土层顶面的距离确定； 剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层； 土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖 土层中扣除。 .场地类别 场地类别根据 土层等效剪切波速 和场地覆盖层厚度 划分为类。,6,.天然地基与基础的抗震验算,地基在地震作用下的稳定性对基础及上部结构的内力分布是比较敏感的，因此确保地震时地基基础能够承受上部结构传下来的竖向和水平地震作用以及倾覆力矩而不发生过大变形和不均匀沉降是地基基础抗震设计的基本要求。 .天然地基的震害特点 （）高压缩性饱和软粘土和承载力较低的淤泥质土在地震 中产生不同程度的震陷，造成上部结构的倾斜或破坏； （）杂填土、回填土和冲填土等松软填土地基，土质松软 且承载力较低，易产生沉陷，使结构开裂； （）沟、坑、古河道、坡地办挖半填等非匀质地基在地震 中的不均匀沉降或地裂缝引起上部结构破坏。 .天然地基的抗震措施 （）软弱粘性土地基：采用桩基，地基加固,7,.天然地基与基础的抗震验算,（）杂填土地基： 换土夯实；地基加固； （）不均匀地基： 综合建筑体型、荷载、烈度、结构类型等采取合理的结构布局、地基抗震措施。 地基加固处理方法： 换土垫层法；重锤夯实法；挤密桩法；沉井预压法 .地基基础抗震设计 地基基础抗震设计是通过选择合理的基础体系和抗震验算来保证其抗震能力的。 （）地基基础抗震设计的一般要求 同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层； 同一结构单元不宜部分采用天然地基而另外部分采用桩基；,8,.天然地基与基础的抗震验算,地基有软弱土、可液化土、新近填土或严重不均匀土层时，宜加强基础的整体性和刚性； 根据具体情况，选择对抗震有利的基础类型，在抗震验算时应尽量考虑结构、基础和地基的相互作用影响，使之能反映地基基础在不同阶段上的工作状态。 （）可不进行地基基础抗震验算的范围 由震害调查得到下面结论： 只有少数房屋是由地基的原因而导致上部结构的破坏 导致上部结构破坏的地基大多是液化地基、易产生震陷的软土地基和严重不均匀地基。 大量的一般性地基具有良好的抗震性能，极少发现因地基承载力不够而产生震害。 我国抗震设计规范对量大面广的一般地基和基础不作抗震验算，对容易产生地基基础震害的液化地基，软土地基和严重不均匀地基规定了相应的抗震措施，以避免或减轻震害。,9,.天然地基与基础的抗震验算,可不进行地基基础抗震验算的范围 砌体房屋； 地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的一般的单层厂房、单层空旷房屋和不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋及与其基础荷载相当的多层框架厂房； 规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。 （）天然地基地震作用下的承载力验算 规范规定：基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下式要求： -基础底面平均压力（kPa) -基础底面边缘最大压力(kPa) -地基土抗震允许承载力,10,.天然地基与基础的抗震验算,高宽比大于4的高层建筑，在地震作用下基础底面不宜出现拉应力；其它建筑基础底面与地基土之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%。 （）地基土抗震承载力确定 地基抗震承载力在静力设计承载力基础上调整。 调整的出发点： 地震是偶发事件，地基抗震承载力安全系数可比静载时降低； 多数土在有限次的动载下，强度较静载下有所提高。 地基土抗震承载力： -调整后的地基抗震承载力设计值 -地基抗震承载力调整系数,11,.天然地基与基础的抗震验算,-深宽修正后的地基承载力特征值，按建筑地基基础设计规范GB50007采用。,12,. 液化土与软土地基,.地基土的液化 （）定义： 处于地下水位以下的饱和砂土和 粉土的土颗粒结构受到地震作用时将 趋于密实，使空隙水压力急剧上升， 而在地震作用的短暂时间内，这种急 剧上升的空隙水压力来不及消散，使 原有土颗粒通过接触点传递的压力减 小，当有效压力完全消失时，土颗粒 处于悬浮状态之中。这时，土体完全 失去抗剪强度而显示出近于液体的特 性。这种现象称为液化。 液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水。,13,. 液化土与软土地基,（）液化的震害 地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜； 不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏，使梁板等水平构件及其节点破坏，使墙体开裂和建筑物体形变化处开裂； 室内地坪上鼓、开裂，设备基础上浮或下沉。 （）影响场地土液化的主要因素： 土层的地质年代； 土层的土粒的组成和密实程度； 砂土层埋置深度和地下水位深度； 地震烈度和地震持续时间。 .液化的判别 液化判别和处理的一般原则： 对存在饱和砂土和粉土（不含黄土）的地基，除6度外，应进行液化判别。对6度区一般情况下可不进行判别和处理，但对液化敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别和处理。,14,. 液化土与软土地基,存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级结合具体情况采取相应的措施。 为了减少判别场地土液化的勘察工作量，饱和砂土液化的判别可分两步进行，即初步判别和标准贯入试验判别。 凡经初步判别为不液化或不考虑液化影响的场地土，原则上可不进行标准贯入判别试验的判别。 （）初步判别 以地质年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土层厚度等作为判断条件。 地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及以前时，7、8 度可判为不液化； 当粉土的粘粒（粒径小于0.005mm的颗粒)含量百分率在7、8和9度时分别大于10、13和16可判为不液化； 采用天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和 地下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液化影响。,15,. 液化土与软土地基,液化土特征深度 （m),-上覆非液化土层厚度（m)，计算时宜将淤泥和淤泥 质土层扣除；,-基础埋置深度(m),不超过2m时采用2m；,-地下水位深度（m)，宜按建筑使用期内年平均最 高水位采用，也可按近期内年最高水位采用；,-液化土特征深度（m)， 按右表采用。,16,. 液化土与软土地基,例1 图示为某场地地基剖面图上覆非液化土层厚度du=5.5m其下为砂土，地下水位深度为dw=6m.基础埋深db=2m,该场地为8度区。确定是否考虑液化影响。 解：按判别式确定,查液化土特征深度表,需要考虑液化影响。,17,. 液化土与软土地基,（）标准贯入试验判别 钻孔至试验土层上15cm处,用63.5公斤穿心锤， 落距为76cm，打击土层，打入30cm所用的锤击数记 作N63.5，称为标贯击数。用N63.5与规范规定的临 界值Ncr比较来确定是否会液化。 1-穿心锤 2-锤垫 3-触探杆 4-贯入器头 5-出水孔 6-贯入器身 7-贯入器靴,18,. 液化土与软土地基,规范规定 当饱和可液化土的标贯击数N63.5的值小于Ncr值时，判为液化，否则判为不液化。,-地下水位深度（m),-饱和土标准贯入试验点深度（m),-粘粒含量百分率，当小于3或是砂土时，均应取3。,-液化判别标准贯入锤击数基准值，按下表采用。,括号内数值用于设计基本地震加速度为0.15和0.3g的地区,19,. 液化土与软土地基,（）液化指数与液化等级 液化指数,-判别深度内每一个钻孔标准贯入试验点总数；,-分别为i点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当实测值大于临界值时取临界值的取值；,-第i点所代表的土层厚度（m)；,-第i层考虑单位土层厚度的层位影响权系数（单位为m-1)。若判别深度为15m，当该层中点深度不大于5m时采用10，等于15m时应取零值,515m时应按线性内插值法取值;若判别深度为20m，当该层中点深度不大于5m时采用10，等于20m时应取零值，520m时应按线性内插值法取值。,20,. 液化土与软土地基,由液化指数，按下表确定液化等级,液化等级与相应的震害,21,. 液化土与软土地基,.可液化地基的抗震措施 当液化土层较平坦、均匀时，可按下表选用抗液化措施 （）全部消除地基液化沉陷的措施应符合： 采用桩基时，桩端深入液化深度以下稳定土层中的长度（不包括桩尖部分），应按计算确定，且对碎石土，砾、粗、中砂，坚硬粘性土和密实粉土尚不应小于0.5m，对其他非岩石尚不应小于1.5m；,22,. 液化土与软土地基,采用深基础时，基础底面埋入深度以下稳定土层中的深度，不应小于0.5m； 采用加密法（如振冲、振动加密、砂桩挤密、强夯等）加固时，应处理至液化深度下界，且处理后土层的标准贯入锤击数的实测值不宜大于相应的临界值m； 挖除全部液化土层； 采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面下处理深度的1/2且不小于基础宽度的1/5。 （）部分消除地基液化沉陷的措施应符合： 处理深度应使处理后的地基液化指数减少，当判别深度为15m时，其值不宜大于4，当判别深度为20m时，其值不宜大于5；对独立基础与条形基础，尚不应小于基础底面下液化特征深度和基础宽度的较大值。 处理深度范围内，应挖除其液化土层或采用加密法加固，使处理后土层的标准贯入锤击数实测值不小于相应的临界值。,23,. 液化土与软土地基,基础边缘以外的处理宽度与全部清除地基液化沉陷时的要求相同。 （）基础和上部结构处理 选择合适的基础埋置深度，调整基础底面积，减少基础偏心； 加强基础的整体性和刚性，如采用箱基、筏基或钢筋混凝土十字形基础，加设基础圈梁、基础梁系等； 减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，合理设置沉降缝，避免采用对不均匀沉降敏感的结构形式等； 管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等。 .软土地基的抗震措施 软土地基的抗震措施除了采用桩基、地基加固处理（加密法、换土法、化学加固法等）或减轻液化对基础和上部结构影响的各种方法外，也可根据对软土震陷量的估计而采用相应的抗震措施。,24,.桩基的抗震设计,.可不进行桩基抗震验算的条件 规范规定，对于承受竖向荷载为主的低承台桩基，当地面下无液化土层，且桩承台周围无淤泥、淤泥质土和地基土静承载力特征值不大于100kPa的填土时，下列建筑可不进行桩基抗震承载力验算 （）砌体房屋和可不进行上部结构抗震验算的建筑物； （）度和度时，一般单层厂房、单层空旷房屋和层、高度25m以下的一般民用框架房屋及与其基础荷载相当的多层框架厂房。 .桩基的抗震设计 对于不符合上述条件的桩基，除了应满足建筑地基基础设计规范规定的设计要求外，还应进行桩基的抗震验算。 分为： （）非液化土中的低承台桩基抗震验算 （）存在液化土层的低承台桩基抗震验算,